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湖南建了一条六寸砷化镓晶圆线,填补国内空白

据华声在线报道,8月25日,湘潭高新区时变半导体项目一期开工仪式举行。该项目投产后,将填补国内多项技术空白,为湘潭高新区“智造谷”建设注入新活力。


时变半导体项目由湖南时变通讯科技有限公司投资建设,项目总投资15亿元,分两期开发建设。一期建筑面积13000平方米,内含1500平方米的洁净室,预计今年年底完工并正式投产;二期工程计划于2018年初开工,建成后可实现就业1000余人,预计每年将生产约7万片6寸砷化镓晶圆和约10亿只手机终端专用的可编程宽带滤波器和双工器。


时变通讯是一家致力于打造未来射频和无线通讯系统的高新技术企业,它的重要产品是5G不可缺少的频率可调、带宽可变的芯片级滤波器、双工器以及环行器。目前智能手机内使用的相应的频率带宽不可调的3G/4G 滤波器/双工器几乎全部依靠进口,时变通讯项目的最终投产,不仅可以填补3G/4G通讯的国内空白,更将引领符合5G通讯标准的滤波器/双工器市场,带动相关移动通讯射频产业。


同时,时变通讯开发的数字(微感)雷达是一种能够侦测和感应到人类动作和手势的新型人机交互技术,该技术能够替代多种无线遥控器、电脑鼠标、激光笔,相较于图像识别技术,微感雷达反应时间为微秒级,识别率接近100%,目前市场上还未有同类竞争产品。数字(微感)雷达未来将开辟一个全新的市场,使得经由手势识别进行的人机交互成为可能。


报道指出,时变通讯负责人李跃星表示,不远的将来,真正具备频率可调、带宽可变的超宽带滤波器、双工器、环行器、放大器以及多种宽带数字雷达,将从这里研发并生产,集成进入大家的手机里,提供真正5G通讯标准级别的手机用户体验。


为什么要重视砷化镓

砷化镓(GaAs)为半导体材料一种,相较于常见的硅(Si)半导体具有高频、抗辐射、耐高温等特性,因此广泛应用在主流的商用无线通讯、光通讯之及先进国防用途上,其中无线通讯普及化更是催生砷化镓代工经营模式的重要推手。


以移动电话(Mobile phone)与无线网路(Wireless LAN)为例,系统中的无线模组必定含有两个关键的零组件,即射频功率放大器(RF Power Amplifier)与射频开关器(RF Switch) ,目前极大部分是以砷化镓半导体所制作出而时间长达10年以上。因此砷化镓半导体除了本身较优秀的材料特性来站稳射频关键零组件市场外,亦同时建构出不同于硅等其他半导体的晶圆代工技术、较有效率的设计流程、与快速验证模式来适应无线通讯系统的快速发展,进而维持其市场独占性与独特性。


现行移动电话架构中射频部分,由于砷化镓具有优秀高频传输特性,目前射频功率放大器,以砷化镓IC所表现出线性功率(Linearity)与使用效率(Efficiency)最为优秀。以现行第三代移动电话系统所采用的分码多重撷取系统(CDMA),及往后第四代移动电话所采用的正交分频多工系统(OFDM),其对功率线性度与电池使用时间的严格要求,将使砷化镓IC在射频电路发展空间更加稳固。目前采用硅半导体制造的功率放大器功率效率,在满足较高线性度应用中只能达到20%左右,而采用砷化镓半导体制造的功率放大器效率约为40%。因此在第三代移动通讯,甚至往后更高线性度与高效率的第四代通讯系统要求下,砷化镓功率放大器依然具有极佳优势。


另一方面以功率放大器的使用数目来观察,大部分GSM手机系统中,使用二颗功率放大器分别应用于高频段与低频段,而3G手机系统中,则使用三至五颗功率放大器以配合不同国家频带需求,进而更带动对GaAs 异质接面双载子电晶体(HBT)在功率放大器的需求。


另一方面以砷化镓制程技术所制造的射频开关器,早以被广泛应用于GSM系统,并全面取代原有硅PIN diode技术,虽然新一代硅半导体Ultra CMOS所制作的开关器,亦尝试取代砷化镓原有市场,但仍受限于价格与制程考量,同时随着砷化镓制程技术进步与现行需同时整合2G/3G/GPS等系统高阶手机高规格需求,砷化镓射频开关器依然能保留较高的性能/价格比优势,亦持续带动对GaAs pHEMT (高电子迁移率电晶体)在开关器的需求。


砷化镓晶圆代工情况

相似于硅晶圆代工商业模式,砷化镓晶圆厂必须具备一定规模投资与长时间制程技术开发,这两项要素提供IC设计者快速、便利、且较低成本的流程来实现其所设计产品。过往硅晶圆代工模式突破了过去零组件把持于大型整合元件厂(IDM)的游戏规则,代工技术提供了小资本额但具备IC设计专长的公司,不需花费大量投资在其不善长的半导体制造领域,进而利用专业分工,由IC设计公司致力于新一代IC开发,而晶圆代工公司则致力于开发更先进制程技术与提供更完整设计服务。


在这双赢策略下也顺利突破过去整合元件厂(IDM)大厂从制程到IC设计一手垄断现象,并展现出极具竞争力的成本优势。而砷化镓晶圆代工受到移动通讯与无线网路的蓬勃发展,射频功率放大器与射频开关器的大量需求,趋使更多IC设计业者也加入砷化镓半导体IC开发与普及化,同时促成更大规模砷化镓晶圆代工的双赢模式逐渐明朗。相似于硅晶圆代工经验,当这种商业模式成型之后便会突破原有IDM公司垄断情况。10年前的砷化镓晶圆厂(如RFMD等公司),大部分集中于美国等先进国家,其核心包含了砷化镓半导体制程技术与砷化镓IC设计。


随着砷化镓半导体普及与代工模式成功,这些同时握有制程技术与IC设计技术公司开始走向所谓的无晶圆厂(Fab-less)与纯IDM厂的商业模式,他们将制程技术外包到其他代工晶圆厂,只保留高毛利端的IC设计,并同时提供模组化射频IC与射频解决方案。而外包的对象主要是集中于已建构出完整的半导体制造供应练与拥有丰富经验的台湾厂商,例如稳懋半导体与宏捷半导体。


同时台湾相关业者除了通过严谨、漫长的客户验证外,也致力于创造出具备低成本优势与相抗衡的制程技术,一方面不但筑起了新加入者不易跨越的进入障碍,也塑造了欧美同业不易模仿的成本优势,进而加速欧美业者转入所谓无晶圆厂(Fab-less)的经营模式与加速对台湾厂商的委外代工策略。

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